【摘要】：在翻轉課堂、在線實驗及課外自主實驗等新型教學形式中,學生需要能隨時隨地的開展實驗研究,以實現無邊界的實驗教學體系。但完成傳統(tǒng)的基礎電類實驗需要的穩(wěn)壓電源、信號源和示波器等電子實驗儀器存在體積較大和價格昂貴的缺點,很難滿足這類教學體系的需求。為了滿足這類教學需求,本文設計了基于移動終端控制的多功能便攜式電子實驗儀器,并基于此儀器設計了全新的無邊界基礎電類實驗教學體系。本文設計的電子實驗儀器包含硬件設備端、移動終端應用程序和服務器程序三部分。其中的硬件設備端與移動終端通過Wi-Fi連接,在移動終端應用程序的控制下具有數字信號輸出、直流電壓輸出、信號源輸出和信號采集的功能,可以滿足基礎電類實驗對于穩(wěn)壓電源、信號源和示波器等電子實驗儀器的需求�；贏ndroid的移動終端應用程序除了實現對硬件設備端的控制外,還能幫助學生學習和掌握實驗原理,上傳實驗報告到服務器程序,并與服務器程序通信以實現師生之間的良好交互。服務器端程序接收學生上傳的實驗報告,并將教師的答復信息回發(fā)給移動終端應用程序。本論文的主要工作和創(chuàng)新點如下:(1)設計并實現了硬件設備端的硬、軟件開發(fā),開發(fā)的硬件設備端能滿足基礎電類實驗對電源、信號源和示波器等電子實驗儀器的性能需求;(2)開發(fā)了基于Android的移動終端應用程序,可以全面地幫助學生操控硬件設備端,并和開發(fā)的服務器程序一起完成了師生之間的良好交互;(3)通過并聯低位數的數模轉換(Digital to analog conversion-D/A)芯片和軟件優(yōu)化實現了低成本、高精度電壓基準源。本文基于開發(fā)的電子實驗儀器提出并驗證了一套全新的無邊界實驗教學體系。通過與傳統(tǒng)的采用標準實驗儀器的實驗對比,證明本文設計的多功能便攜式電子實驗儀器能夠滿足基礎電子實驗對儀器的性能需求。同時本儀器具有的體積小、成本低和方便師生交流的特性,有利于大面積推廣,并打破傳統(tǒng)實驗教學方式對學生空間和時間的限制,實現無邊界實驗教學體系。
【圖文】：

第２章便攜式電子實驗儀器設計方案邐逡逑方波，信號幅度是在－５Ｖ？＋５Ｖ之間，且偏置電壓可調；信號采集部分能采集和逡逑ＩＫＨｚ左右的正弦波、三角波和方波，另外，如光敏，溫度，濕度等傳感器實驗逡逑非電量的模擬信號轉化為電量信號，電壓范圍一般其變化在0Ｖ？＋５Ｖ，同時變逡逑程連續(xù)且變化頻率低。逡逑．２設計方案逡逑根據模擬電子技術基礎和數字電子技術基礎實驗的要求。設備端的設計結構如圖逡逑所示，它是電子實驗儀器的重要組成部分，主要分為主控模塊、通信模塊和功能逡逑。逡逑

本研宄的控制端采用搭載安卓（Ａｎｄｒｏｉｄ）操作系統(tǒng)的移動智能終端，通過設計第逡逑三方應用軟件實現教學資料呈現、設備端控制和實驗交互三種功能，軟件功能架構如逡逑圖２．２所示。逡逑￣￣？教學資料現逡逑￣？！邐電ｍ源逡逑邐邋—？（￣信號發(fā)牛器￣逡逑ｍ＂—？設備端控制——邐邐逡逑撤卜邐￣———邐一？！數字佶Ｂ？輸丨？Ｔ￣逡逑—？！邐數據采集逡逑￣？�。沈灲Y果反饋逡逑￣？實驗反饋邋—邐邐逡逑邐邋￣？！實驗問題反饋逡逑圖２．２移動終端應用軟件功能架構逡逑教學資料呈現功能通過文本、圖片和視頻等方式，幫助學生利用碎片化的時間學逡逑習實驗原理；設備端控制功能包含電壓源、信號發(fā)生器、數字信號輸出通道和數據采逡逑集部分的控制界面，通過Ｗｉ－Ｈ通道，遠程控制設備端實現相應的電壓、信號的輸出逡逑及信號的采集。移動終端應用程序需要將學生實驗中設置的電源參數、信號源參數、逡逑信號采集的數據和與實驗相關的問題保存并上傳到與學生和實驗項目對應的數據文逡逑件中去，，以使教師方便查閱和解答。逡逑Ｉ逡逑８逡逑
【學位授予單位】：南京師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM930;TP311.52

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本文編號：2615004